煤矿井下碎软煤层瓦斯抽采钻孔钻进工艺

碎软煤层在我国煤矿区分布广泛,具有瓦斯含量高、压力大、渗透率低等特征,在碎软煤层中钻进存在喷孔、塌孔、排渣不畅等问题,导致碎软煤层钻进困难、孔内事故频发,进而影响成孔深度和成孔率,造成瓦斯治理盲区;尤其是随着我国煤矿开采深度的增加,碎软煤层瓦斯抽采孔工作量和成孔难度不断增大。针对碎软煤层瓦斯抽采对钻孔施工需求,研究开发了高转速螺旋钻进工艺、中风压空气钻进工艺、气体定向钻进工艺等实用、经济的碎软煤层高效钻进技术,破解了碎软煤层钻孔排渣护孔、轨迹控制和高效成孔等方面难题,实现了碎软煤层钻孔在服役周期内的长效利用,相关技术在安徽、贵州、山西等地区成功推广应用,达到高效、精准抽采的目的,为矿井安全生产提供了技术保障。     

碎软煤层条带瓦斯地面高效抽采技术研究

为了提高碎软煤层条带瓦斯抽采效率和效果,基于目前地面瓦斯抽采主要采用垂直井或从式井的方式抽采效果差、效率低的现状,通过理论和实验分析论证了穿岩层压裂改造煤储层的可行性,提出了在目标煤层顶板岩层中钻水平井,并通过垂直向下射孔以及采用泵送桥塞分段进行压裂的方式进行地面瓦斯抽采。试验结果表明:顶板分段压裂水平井单井产量高、高稳产期更长、产量衰减更慢;有效水平井段控制区域内瓦斯下降均匀,更有利于进行条带瓦斯抽采;相同投资条件下,采用水平井的方式瓦斯抽采效率和投入产出比更高。     

碎软煤层条带定向长钻孔水力压裂强化瓦斯抽采技术研究

为解决艾维尔沟矿区碎软突出煤层瓦斯抽采难的问题,阐述了定向长钻孔水力压裂消突机理,建立数值模型研究了水力压裂渗流场和应力场耦合规律及水力压裂效果的影响因素。研究表明：煤层注水压裂过程中,渗流引起煤炭内部有效应力场改变、煤体骨架发生变形,改变了煤体的物理力学性质,又进一步影响了水的渗流过程,渗流场和应力场相互作用、相互影响;注水压裂时间、注水压力、地应力和渗透率对水力压裂效果都有明显影响;煤的浸润过程靠压裂孔中的高压水来支撑,注水压力越高,压裂初期孔隙压力增长速度越快,较长的压裂时间和较高的注水压力有助于提高煤体孔隙压力、降低有效应力;地应力的增大会导致煤体颗粒受到压迫、颗粒间隙变小、煤体渗透率降低,需要提高注水压力才能取得较好增透效果。现场应用过程中,4号煤层采取水力压裂措施抽采109 d后,预抽率达14.4%,残余瓦斯含量下降了5.2%～34.6%,水力压裂影响半径为20～25 m,有效影响半径为18～19 m。     

突出煤层瓦斯抽采钻孔有效半径与孔壁变形关系研究

为了能够更加准确、合理地确定钻孔有效抽采半径,以钻孔孔壁内煤体的渗透率为主要研究对象,结合孔壁煤体应力场弹塑性分析及渗流场分析结果,构建了综合考虑有效应力变化、煤基质解吸收缩效应的渗透率动态模型。在此基础上运用多孔介质渗流的基本理论,修正了抽采钻孔的瓦斯渗流微分方程,并以沙曲矿4号煤层为例,运用Comsol Multiphysics软件进行数值模拟,得到了煤层渗透率和瓦斯压力的分布规律,并根据防突规定,以瓦斯压力0.74MPa为临界值,确定了模拟条件下180d时钻孔有效抽采半径为1.65m,该结果可为实际生产提供理论参考。     

松软煤层本煤层瓦斯抽采钻孔变形规律研究及稳定性分析

为探究松软煤层本煤层瓦斯抽采钻孔变形特征,以霍尔辛赫煤业3#煤层为工程背景,利用全角度钻孔稳定性动态监测装置监测本煤层瓦斯抽采钻孔变形特征,并对监测数据进行系统分析。结果表明,2个直径等级钻孔(50 mm、110 mm)的变形波动情况和累计变形量两方面整体呈现出类似规律,即第一天钻孔变化量较大且波动明显,其余测试周期内钻孔变形稳定,在整个测试周期,钻孔变形变化量呈现逐日降低;在整个监测周期内,钻孔累计变形呈现逐渐增长趋势,在监测周期初始阶段,钻孔累计变化量较大,稍后变化率减缓,最终趋于平稳;2个直径等级钻孔的重点监测和防塌孔措施应用区段不同,50 mm锚杆钻孔5 m处为重点监测和防塌孔措施应用重点区段;110 mm瓦斯钻孔10 m处为重点监测和防塌孔措施应用重点区段,5 m处次之,15 m处较为稳定。结果为瓦斯抽采钻孔稳定性维护提供理论依据。     

煤层钻孔瓦斯抽采效果影响因素分析

为研究瓦斯抽采效率的影响因素,考虑吸附瓦斯与游离瓦斯建立了煤层瓦斯流动的流固耦合模型,本文采用COMSOl数值模拟软件,分析了不同初始地应力、初始渗透率以及钻孔直径条件下的瓦斯抽采效果以及抽采有效半径变化情况。研究结果表明：初始地应力、初始渗透率和钻孔直径均会影响瓦斯抽采效果,但其对瓦斯抽采效果的影响程度不同;抽采有效半径对初始渗透率的变化最敏感,钻孔直径次之,对初始地应力的敏感程度最低;在某一钻孔直径范围内,瓦斯抽采效果随钻孔直径的增加变化不明显,而超出此范围后,抽采效果有明显提高,选择合适的钻孔直径对于提高瓦斯抽采效果具有重要作用。     

煤层抽采钻孔瓦斯衰减分析与抽采钻孔封孔工艺改进

通过对含瓦斯煤体微观结构以及瓦斯在煤体内部运移规律进行分析,阐述了煤层抽采钻孔瓦斯衰减原因,提出了煤层瓦斯抽采钻孔优化布置和抽采钻孔封孔应注意的事项及改进方法。     

煤层瓦斯抽采钻孔抽采半径考察技术研究

采用FLAC3D数值模拟软件研究了抽采钻孔周围应力、位移及瓦斯压力的分布特征,并在现场进行了抽采半径的实测,验证了数值模拟结果的正确性。研究表明:采用数值模拟和现场测试相结合的方法,能够方便、快速地确定抽采钻孔的合理布置间距,对节省抽采半径的考察时间和合理布置抽采钻孔有一定的指导意义。     

突出煤层瓦斯抽采钻孔技术探讨

在低透气性突出煤层,瓦斯抽采难度大,效率低,不能有效的达到抽掘采平衡,本文从影响抽采效率的因素出发,寻找提高效率的实践方法,通过现场实践和数据论证,阐明了提高抽放效率的可行性技术。     

瓦斯抽采煤层钻孔防灭火技术

钻孔预抽是目前抽采瓦斯的主要方式。在煤层钻孔工作中,常常遇到钻孔内着火的问题。钻孔着火不仅耽误了抽放工程的进度,而且还可能形成井下瓦斯灾害。通过实际工作中遇到问题的处理,总结了煤层钻孔防灭火的经验,为以后处理同类事故提供有效的借鉴。     

三软低透气煤层瓦斯抽采钻孔工程精细管理

告成煤矿煤层透气性差、煤体松软易碎成孔难、钻孔流量衰减快,造成瓦斯抽采困难。为提高瓦斯治理效果,对瓦斯抽采钻孔工程进行全过程精细管理。通过在钻孔设计—开孔定位—施工监管—验收分析—增透及二次修复—封孔工艺各环节上不断改进,消除消突空白带、提高钻孔抽采浓度和抽采量,回采工作面单产水平和煤巷进尺速度得以提高,保障了矿井安全生产及正常接替。     

碎软煤层底板梳状孔分段压裂抽采瓦斯技术

为提高煤层的瓦斯抽采效果,以阳泉矿区15#碎软煤层为研究对象,对煤层及其底板岩层特征进行分析,融合煤层底板梳状长钻孔和分段水力压裂技术,形成针对各个梳状分支孔的分段压裂方式,并理论分析了该方式水力压裂裂缝扩展延伸规律。试验研究了满足分段压裂技术要求的梳状长钻孔设计与施工工艺,构建了基于裸眼封隔器+滑套投球分段压裂工具组合的压裂参数设计和压裂施工工艺流程,最终形成梳状长钻孔主孔长度534 m,分支孔5个,主孔下入分段压裂工具串490 m,实现了4个分支孔分段压裂,单段最大注水量611 m³,最大泵注压力17.18 MPa;与常规的穿层钻孔瓦斯抽采技术对比,试验后瓦斯抽采浓度提高了10.53倍,百米钻孔瓦斯抽采量提高了2.02倍。     

高温对煤层瓦斯抽采钻孔围岩稳定性的影响分析#br#

为了研究高温对煤层钻孔稳定性的影响,利用电热鼓风恒温试件箱和万能材料试验机对不同温度影响后标准煤样的力学参数进行测定,分析了煤的平均抗压强度和弹性模量随温度的变化规律;利用FLAC3D数值模拟软件,建立了煤层钻孔及围岩模型,研究了不考虑温度影响和考虑煤层高温劣化2种工况下钻孔围岩破坏特征。研究结果表明,高温对煤岩的力学特性产生不利影响,随温度的增加,煤样的抗压强度和弹性模量总体呈下降趋势;钻孔内煤炭自燃产生的高温对钻孔围岩稳定性产生显著的劣化影响,使其变形情况加剧,卸压范围增加,导致钻孔破坏严重而失效,且这种影响不会因火的及时熄灭而完全消失。结果对煤层瓦斯抽采钻孔施工具有指导作用。     

煤层钻孔瓦斯抽采有效半径影响因素分析

为了揭示不同因素对煤层钻孔瓦斯抽采有效半径的影响,更准确地预测煤层瓦斯抽采有效半径,提高瓦斯抽采率,基于瓦斯在煤层中的运移、渗流与Klinkenberg效应等理论,构建了瓦斯抽采数学模型;采用COMSOL软件模拟了初始瓦斯压力、渗透率、抽采负压、孔径和抽采周期等5个因素对煤层瓦斯抽采有效半径的影响.结果表明:煤层瓦斯抽...     

煤层瓦斯抽采钻孔失稳的延迟效应分析

针对富含节理裂隙的煤层瓦斯抽采钻孔结构失稳的延迟现象,分析了瓦斯抽采钻孔周边的瓦斯流场和节理裂隙场。研究表明钻孔结构失稳是由瓦斯孔隙压力和节理裂隙共同影响的;瓦斯孔隙压力的变化会影响节理裂隙表面的正应力,增加节理裂隙发育、扩展、破坏的可能性,宏观表现为钻孔结构的失稳;瓦斯抽采钻孔结构失稳时间上的延迟效应内因是由于煤层节理裂隙的存在,外因则是煤层节理裂隙中瓦斯孔隙压力的变化。最后结合实例说明瓦斯抽采钻孔结构延迟失稳能造成瓦斯抽采浓度、抽采流量的大幅度下降等问题。     

煤层瓦斯钻孔卸压抽采试验对比分析研究

在矿井煤层开采体系中为了能够有效地消除煤层瓦斯突出问题,通过对不同瓦斯赋存条件下的煤层进行测定,基于钻孔抽采的方式,通过对淮南部分矿区中的3个工作面中的煤层瓦斯赋存、层间距、煤层倾斜角度、瓦斯压力等进行测定,然后针对所采用的抽采方式所得瓦斯卸压之后的涌出量,对这3个工作面中的煤层抽采方式进行对比分析,并探究出适合于不同煤层条件的瓦斯卸压钻孔条件。     

低透气性软煤层瓦斯抽采钻孔封孔参数的确定

针对顺层平行钻孔抽采瓦斯,因煤层透气性差、钻孔煤体裂隙发育严重,导致封孔难度大、抽采瓦斯浓度低等问题,以霍尔辛赫3~#煤层实际赋存条件为背景,运用数值模拟分析钻孔围岩塑性区和弹性区变形破坏区间,通过理论计算软煤层最优封孔参数范围。研究表明,钻孔塑性区为0.15～0.25 m,弹性区为0.25～0.5 m,封孔深度控制在8～16 m,压裂深度控制在0.25～0.5 m,注浆压力控制在1.3～1.5 MPa,注浆量控制在0.25～0.4 m~3,为增加钻孔致密性,提升瓦斯抽采浓度提供理论支撑。     

突出煤层瓦斯抽采钻孔封孔技术

针对突出煤层瓦斯抽采钻孔封孔现场存在的技术难题,以钻孔封孔技术理论为指导,研究开发了组合封孔器带压封孔技术。在井下现场实施过程中,进一步优化了封孔施工工艺。现场实践表明,利用组合封孔器和与之相配套的带压封孔施工工艺,可有效解决本煤层瓦斯抽采钻孔封孔不严的技术难题,从而大幅度提高突出煤层瓦斯抽采效果,为突出矿井顺利开展煤与瓦斯共采技术研究工作提供技术支撑。     

利用瓦斯抽采钻孔探测煤层小断层

针对常规探测技术存在成本高、多解性、小断层探测精度低等问题,提出利用煤矿大量的瓦斯抽采钻孔开展隐伏小断层探测的方法,以穿层条带预抽煤层瓦斯区域为研究对象,基于抽采钻孔获取的数据,计算煤层底板控制点坐标,绘制预抽条带煤层底板等高线图及三维立体图,进而对煤层隐伏断层的具体位置、产状和落差做出定量预测。通过现场试验可知钻孔控制间距、断层落差和孔深误差对隐伏断层探测精度有影响,结果表明:断层落差越大,钻孔间距越小,孔深误差越小,则探测精度越高,通过该探测方法成功探测出了落差为2.5 m的断层。